26. Oznaczanie NaCl na jonitach

26. Oznaczanie NaCl na jonitach
Wymiana jonowa to zjawisko i proces wymiany ruchliwych jonów na inne jony tego samego znaku
zachodzący na jonicie. Wymianę kationów zapewnia zastosowanie kationitów, wymianę anionów
zastosowanie anionitów. Dobór odpowiedniego układu kationitów i anionitów zapewnia demineralizację
wody – jest to oczywiście możliwe wtedy, gdy wszystkie kationy są wymieniane na jony H+, zaś wszystkie
aniony na OH-; w efekcie dostajemy czystą chemicznie wodę. Takie procesy mają szerokie zastosowanie w
wielu gałęziach przemysłu, ale też w życiu codziennym – istnieją domowe systemy demineralizacji wody.
Proces
wymiany
jonowej
można
przedstawid
schematycznie za pomocą równao:
KAT-M1 + M2+ = KAT-M2 + M1+
KAT-A1 + A2- = KAT-A2 + A1gdzie: KAT– szkielet kationitu; AN– szkielet anionitu; M1+,
M2+ – wymieniane kationy; A1n-, A1n- – wymieniane
aniony; M1, M2 – centra aktywne kationitu zawierające
jony wymienialne; A1, A2 – centra aktywne anionitu
Schemat jednoczesnej wymiany mieszanym
zawierające jony wymienialne.
złożu (jak w domowych demineralizatorach).
Proces wymiany jonowej przebiega w etapach:
przemieszczanie się jonów z głębi roztworu na powierzchnię jonitu,
przemieszczanie się jonu w ziarnie jonitu do grupy jonowymiennej,
reakcja chemiczna (podwójnej wymiany),
przemieszczanie się jonu wymienionego w ziarnie ku jego powierzchni,
oderwanie się wymienionego jonu z powierzchni ziarna i przejście do roztworu.
Ruch jonów z głębi roztworu do powierzchni jonitu oraz od powierzchni jonitu w głąb roztworu przez
warstewkę międzyfazową to proces dyfuzji zewnętrznej. Transport jonów wewnątrz jonitu to dyfuzja
wewnętrzna.
Za całkowitą szybkośd całego procesu odpowiadają szybkości jego poszczególnych etapów. Największy wpływ
na ogólną szybkośd ma rzecz jasna najwolniejszy z etapów, czyli dyfuzja zewnętrzna lub wewnętrzna jonów.
Zależy ona m.in. od rodzaju jonitu (ze wzrostem usieciowania maleje szybkośd dyfuzji
wewnętrznej),temperatura, lepkośd cieczy itp.
Jonity, określane również mianem wymieniaczy jonowych lub żywic jonowymiennych, to substancje
praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, posiadające zdolnośd wymiany dodatnio lub ujemnie naładowanych
jonów z roztworu elektrolitu na równoważne ilości jednoimiennych jonów wchodzących w skład jonitów.
Dzielą się na:
kationity (wymieniające kationy, mają charakter kwasów lub soli), mogą byd obojętne lub słabo
kwaśne, posiadające słabo zdysocjowane grupy funkcyjne (-OH, -COOH, -SH, -CH2SH),lub silnie
kwaśne, zdolne do wymiany wszystkich kationów, posiadające silnie zdysocjowane grupy funkcyjne (SO3H, -CH2SO3H);
anionity ( wymieniające aniony, mają charakter zasad lub ich soli), mogą byd słabo lub silnie
zasadowe.
Podstawowe pojęcia to:
Zdolność wymienna jonitu –określa ilośd miligramorównoważników (mgr, val lub mval) wymienianych jonów
na jednostkę masy (g) lub objętości jonitu (dm3). Wartośd zdolności wymiennej jonitu jest wprost
proporcjonalna do liczby grup funkcyjnych jonitu oraz odwrotnie proporcjonalna do stopnia usieciowania
szkieletu jonitu.
Punkt przebicia jonitu - jest to moment w procesie wymiany jonowej, kiedy stężenie wymienianego jonu w
oczyszczonym roztworze wzrośnie do założonej wartości granicznej. Osiągnięcie punktu przebicia jonitu
oznacza koniecznośd regeneracji kolumny (oczyszczenia mającego na celu przywrócenie początkowych
własności jonowymiennych złoża jonitu).
©Wydział Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, Zakład Chemii Analitycznej, analiza ilościowa, dwicz. 26 - str. 1
Cykl wymiany jonowej:
Przygotowanie złoża (jonity sprzedawane są w postaci suchej, przed pierwszym użyciem należy
poddad je procesowi pęcznienia). W naszym dwiczeniu ten punkt pomijamy.
Proces wymiany jonowej, który trwa nie dłużej niż do osiągnięcia punktu przebicia.
Regeneracja i płukanie złoża.
W naszym dwiczeniu wykorzystamy zjawisko wymiany jonowej do oznaczenia soli (NaCl) metodą
alkacymetryczną. Zastosujemy kationit, który po regeneracji za pomocą 2M HCl wymieni całkowicie
(stechiometrycznie) kationy Na+ (lub K+) na H+. W efekcie, po przejściu przez kolumnę, roztwór NaCl zamieni
się na roztwór HCl, który można bez trudu miareczkowad za pomocą mianowanego roztworu NaOH jako
titranta. Oczywiście z podobnym efektem można by zastosowad anionit i wymienid jony Cl- na OH-, a te
miareczkowad mianowanym roztworem silnego kwasu.
Sprzęt i odczynniki
1.
2.
3.
4.
5.
Mianowany roztwór NaOH (przygotowany w dwiczeniu nr 008);
Fenoloftaleina (wskaźnik);
2 M HCl (w butelkach w głównym laboratorium);
Zlewki, kolby Erlenmeyera;
Kolumna szklana z wymieniaczem jonowym (kationitem)
Procedura
Uwaga: Zarówno podczas regeneracji jak I wymiany szybkośd wycieku z kolumny powinna wynosid 2-3
krople na sekundę. Zbyt szybki wyciek spowoduje niecałkowitą wymianę, a więc błąd analizy. Kationit w
kolumnie musi byd zawsze przykryty cieczą, nie wolno dopuścid, żeby jej poziom spadł poniżej wypełnienia –
w takim przypadku należy wezwad prowadzącego (trzeba odpowietrzyd złoże, a płukanie i wymianę
powtórzyd!).
1. Regeneracja kolumny: Przez kolumnę przepuścid 100 ml 2M roztworu HCl, a następnie 400 mL wody
destylowanej. Sprawdzid odczyn eluentu – jeśli nie jest obojętny, przepuścid dodatkową porcję wody.
Tak przeprowadzona regeneracja powinna wystarczyd na 5 wymian.
2. Przygotowanie naważek do oznaczenia: Masę naważki dobieramy (kalibrujemy) tak, aby zużyd na jej
późniejsze miareczkowanie 15-26 mL titranta – zakładamy, że wymiana jonowa przebiega wg schematu
KAT-H++MeCl→KAT-Me++HCl, zaś otrzymany w ten sposób wyciek będziemy miareczkowad roztworem
NaOH przygotowanym i zmianowanym w dwiczeniu nr 008. Ponadto zakładamy, że NaCl (lub KCl)
stanowi 50% masy naważki – a więc masę NaCl wynikającą ze stechiometrii reakcji trzeba pomnożyd
przez 2. Kolejne naważki przygotowujemy po pierwszym, próbnym miareczkowaniu, korygując je tak,
żeby objętośd titranta wynosiła faktycznie 15-25 mL (zbyt mała objętośd zwiększa możliwy błąd odczytu,
zbyt duża powoduje niepotrzebnie wysokie zużycie titranta).
3. Wymiana jonowa: Naważkę przenieśd ilościowo (spłukując resztki tryskawką) do małej zlewki i
rozpuścid w około 20 mL wody destylowanej. Roztwór ostrożnie wlad do kolumny, a jego resztki spłukad
tryskawką, systematycznie wlewając do kolumny. Przepuścid próbkę przez kolumnę i następnie
przepuścid przez nią 100 mL wody. Eluat (wyciek) zbierad do kolby Erlenmeyera.
4. Oznaczanie właściwe: Eluat miareczkowad mianowanym roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny (albo
innego wskaźnika z odpowiedniego zakresu pH, np. czerwieni metylowej).
5. Procedurę oznaczenia (punkty 2-4) przeprowadzid przynajmniej trzykrotnie.
Obliczenia i sprawozdanie
Koocowy raport powinien zawierad masy kolejnych naważek i odpowiadające im objętości titranta oraz masy
NaCl lub KCl, następnie przeliczone na %wag. zawartości NaCl lub KCl w oznaczanej soli. Na koniec oblicz
średnią arytmetyczną z tych zawartości.
Źródła:
http://www.filtertech.com.pl/artykuly/wymiana_jonowa_-_podstawowe_informacje
http://en.citizendium.org/wiki/Condensate_polishing
podręczniki
©Wydział Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, Zakład Chemii Analitycznej, analiza ilościowa, dwicz. 26 - str. 2
Sprawozdanie
Imię i nazwisko:
Data:
Temat:
Oznaczanie NaCl na jonitach
Oznaczam (zaznacz właściwą sól)
NaCl
KCl
Miano użytego roztworu NaOH *M+:
MNaCl [g/mol]= 58,44
MKCl [g/mol]= 74,55
Wskaźnik:
1.
Reakcja:
Wzór na obliczenie zawartości NaCl lub
KCl
Lp.
Naważka
mieszaniny [g]
3
VNaOH [cm ]
mNaCl lub KCl [g]
%wag. zawartości
NaCl lub KCl w
oznaczanej próbce
Średnia %wag. zawartośd
NaCl lub KCl w oznaczanej
mieszaninie
1.
2.
3.
4.
Uwagi:
©Wydział Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, Zakład Chemii Analitycznej, analiza ilościowa, dwicz. 26 - str. 3